余孝勇

(云南大為制氨有限公司，云南 沾益 655338)

殼牌煤氣化技術(shù)是當今世界上較為先進的現(xiàn)代潔凈煤氣化技術(shù)[1-2]。氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)，燒嘴、燒嘴罩的安裝直接影響到裝置的穩(wěn)定運行以及煤消耗。為解決這一難題，通過多次與殼牌公司溝通、交流，并結(jié)合國內(nèi)外先進經(jīng)驗，根據(jù)現(xiàn)場實際情況對燒嘴、燒嘴罩安裝的找正方法作出了優(yōu)化。

1 殼牌氣化爐開車流程

氣化爐用一體化燒嘴進行開車，用泵送來的柴油作燃料，在氣化爐內(nèi)與高壓氧氣燃燒，給氣化爐升溫。系統(tǒng)工作過程中一旦壓力達到設(shè)定值之后，投入第一個粉煤燒嘴，點燃煤粉，隨后退出一體化燒嘴，4個煤燒嘴[3]全部投運后轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)。初期不合格的煤氣經(jīng)火炬燃燒后放空。

2 煤燒嘴及燒嘴罩簡介

燒嘴罩又稱保護煤燒嘴，是殼牌氣化爐的一個關(guān)鍵部件，在氣化段的高溫環(huán)境中工作，安裝在煤燒嘴頭部，防止火焰偏流是供從煤燒嘴噴出的煤/氧氣流進入氣化爐的一個水冷的、圓錐形的通道。燒嘴罩實際上是一個喇叭形的小廢熱鍋爐，環(huán)形管(共8圈)中通入冷卻水強制循環(huán)[3]，生成中壓蒸汽，把熱量移走，從而達到降低燒嘴頭部溫度的作用。氣化爐膜式壁、煤燒嘴與燒嘴罩之間的裝配關(guān)系如圖1所示：

圖1 氣化爐、燒嘴、燒嘴罩示意圖

殼牌氣化爐設(shè)計采用4臺煤燒嘴對稱布置，1#與2#、3#與4#交叉相對，氣化爐水冷壁中心距 3183 mm，爐體中心線與煤燒嘴中心偏差4.5°，煤燒嘴偏置中心線外切爐體中心圓直徑 264 mm ，4臺煤燒嘴理想中心位置相切于圓，且在同一水平高度上。

3 存在的問題

2021年8月5日，系統(tǒng)停車，氣化爐停車檢修主要更換了2#、3#煤燒嘴[4]；8月21日，系統(tǒng)開車，出現(xiàn)異常情況，主要表現(xiàn)為(工藝指標)：渣沫密度由2%～3%上升至5%～7%，濾餅量由30～60 t/d上升至150～200 t/d，t氨煤耗由1.26上升至1.32左右。從工藝指標中看出，燃燒不充分。

4 原因分析

4.1 燒嘴頭質(zhì)量問題

我公司燒嘴頭使用后的管理方式采用返廠維修，對燒嘴頭部組件進行更換。更換過程中因加工質(zhì)量問題，極有可能焊接形變和裝配指標超標。

在2022年4月2日系統(tǒng)停車，分別對燒嘴焊接變形量及裝配尺寸進行復核，復核數(shù)據(jù)顯示，燒嘴焊接變形量及裝配尺寸在控制指標內(nèi)。

現(xiàn)場檢查燒嘴，并未產(chǎn)生焊接形變及裝配指標超標，所以可以排除燒嘴頭質(zhì)量問題。

4.2 煤粉噴射管磨損

我公司煤粉的輸送主要采用高壓氮氣來完成，壓力 4.7 MPa，流速 7.9 m/S，在這種工況下運行，氣體推動煤粉顆粒流動的同時沖刷燒嘴噴射管內(nèi)壁，極易造成管徑增大，流速降低及偏流。

停車后對煤粉噴射管進行測量，均在指標范圍內(nèi)，未見磨損，由此可排除磨損問題。

4.3 燒嘴安裝質(zhì)量問題

我公司在以往燒嘴檢修裝配過程中，通常采用的方法為(見圖2)：調(diào)整煤燒嘴與燒嘴罩第八圈環(huán)管徑向間隙，在燒嘴頭部圓周0°、90°、180°、270°方位記錄，用 0.1 mm 精度的楔形塞尺進行測量，徑向誤差≤2 mm。燒嘴罩第八圈作為定位基準管，中心環(huán)管在制作，組對過程中產(chǎn)生形狀誤差。

圖2 楔形塞尺找正圖

經(jīng)分析認為，以上述方法可能導致燒嘴水平度存在偏差，4臺煤燒嘴噴射中心未在同一水平面，煤粉噴射不能在理想位置相切，個別燒嘴噴射中心極有可能向下傾斜，安裝圖見圖3。

圖3 燒嘴安裝示意圖

2022年4月2日系統(tǒng)停車，分別對燒嘴高差及相切圓進行測量，測量數(shù)據(jù)見表1。

表1 燒嘴找正復核表

通過對安裝尺寸進行復核，上下高差達 7 mm，水平偏差達 8 mm，嚴重高于設(shè)計值。由此，燒嘴安裝問題是主要原因。

5 解決方案

針對以上原因，重新對4個煤燒嘴進行優(yōu)化找正。第一步：對燒嘴、調(diào)整環(huán)與設(shè)備主法蘭的安裝方位進行定位標記。第二步：抽出煤燒嘴及相關(guān)附件。第三步：以1#、2#、3#、4#燒嘴大蓋內(nèi)孔拉線找出交點，交叉點作為氣爐中心點(拉線與模具中心交叉重合點)，煤燒嘴中心切線圓模板定位及固定，模板支架采用水平儀確定水平度，然后點焊固定見(見圖4)。第四步：煤燒嘴安裝找正中心點確定，用調(diào)節(jié)螺栓固定(見圖5)。第五步：在鋼平臺上劃出四根引入射線，做出四根線的切線圓水平面，切線圓的中心即為主基準點(見圖6)。第六步：用紅外找正儀測繪渣口中心及激冷口中心偏差≤10 mm(測繪數(shù)據(jù)復核變形量同軸心度)，鎖定主中心點。第七步：煤燒嘴預組裝，按順序安裝調(diào)整環(huán)及煤燒嘴，調(diào)整環(huán)應按拆卸時做的方位和定位標記回裝，然后均勻緊固螺栓。第八步：分別從四個煤燒嘴煤燒嘴噴嘴端面中心引水平入射線，采用緊固螺栓方式與拉線切線圓(標記)點重合。第九步：四只煤燒嘴噴射中心線在燒嘴安裝基準水平面所形成的切線，水平相切于以氣化爐爐膛中心為圓心的直徑為φ264 mm 的模板圓周上，且位于氣化爐內(nèi)同一高度水平面上(水平儀復查)，噴射中心線與模板切線圓的切線偏差≤3 mm。第十步：煤燒嘴噴射中心線應與安裝基準水平面切線圓形成微小的向上噴射角，噴射中心線與基準水平面切線圓高度偏差在0～3 mm 之間，不允許出現(xiàn)向下傾斜噴射角。第十一步：煤燒嘴噴射中心線應與安裝基準水平面切線圓形成微小的向上噴射角，噴射中心線與基準水平面切線圓高度偏差在0～3 mm 之間，不允許出現(xiàn)向下傾斜噴射角。第十二步：檢查煤燒嘴和燒嘴罩對中尺寸。根據(jù)煤燒嘴相對于燒嘴罩偏差情況，緊固煤燒嘴連接法蘭螺栓調(diào)整燒嘴罩和煤燒嘴之間的間隙，調(diào)整后燒嘴罩內(nèi)側(cè)第一圈環(huán)管與煤燒嘴端部側(cè)壁的環(huán)隙，最小間隙大于 5 mm 為宜。

圖4 模具找正拉線

圖6 水平標注示意圖

采用紅外找正法，只需從燒嘴頭部煤粉噴射管內(nèi)放入專用紅外找正儀(見圖7)，無需拆除任何管道，對紅外點進行標記記錄。更換新燒嘴后，紅外點與更換前標記的紅外點重合即可，大大縮短檢修時間。

圖7 找正示意圖

6 效果檢查

優(yōu)化后偏差數(shù)據(jù)表見表2。

表2 優(yōu)化后數(shù)據(jù)表

從表2中看出，找正后燒嘴噴射中心基本處于同一水平面，上下高差僅為 2 mm，水平切圓偏差僅為 3 mm。

運行消耗對比：2022年4月11日開車后，整個運行工況較好，氣化爐原煤煤耗比檢修前下降4～5 t/h，煤泥產(chǎn)量下降至50～60 t/d。渣密度由4%～5%下降至2%～3%。